(57)【要約】  放射線治療システムは、放射線治療患者（４）の体内に位置する３次元放射線ターゲット（３）に粒子ビーム（６ａ、６ｂ、６ｃ）を照射するように配置された複数の粒子ビーム源（１ａ、１ｂ、１ｃ）と、空間内の位置及び調整を個々に制御することができる粒子ビーム源及び、前記放射線ターゲットの移動方向及び速度を含む３次元放射線ターゲットの空間内の位置及び方向を監視すると共に、前記粒子ビームの放射経路に位置する前記放射線ターゲットを囲む身体組織（５）の組織特性を監視するように配置された画像化システム（２）と、を備える。前記放射線治療システムは、放射線治療セッション中に、画像化システムから放射線ターゲットの位置及び方向に関する情報と前記組織特性に関する情報を受信す粒子ビーム制御システムを備えている。当該粒ビーム制御システムは前記組織特性に関する受信情報に基づいて、前記粒子ビームに曝されてはならない身体組織を識別し、前記放射線ターゲットを囲む身体組織の移動に応答し、前記粒子ビーム源の個々の位置及び調整、及び／又は前記粒子ビームの個々の特性を調整しながら、（ｉ）前記粒子ビームのブラッグピーク（Bragg peak）又は拡大ブラッグピーク（spread out Bragg peak：ＳＯＢＰ）を、前記放射線ターゲット内の所定のビーム交差領域（８）で交差させ、（ｉｉ）前記粒子ビームの放射経路は、粒子ビームに曝されないと識別された前記身体組織を通って伝送されないように、調整される。
2019526430.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
放射線治療システムであって、
放射線治療患者（４）の体内に位置する３次元放射線ターゲット（３）に粒子ビーム（６ａ、６ｂ、６ｃ）を照射するように配置され、空間内の位置及び調整を個々に制御できる粒子ビーム源（１ａ、１ｂ、１ｃ）と、
放射線ターゲットの移動方向及び速度を含む３次元放射線ターゲット（３）の空間内の位置及び方向を監視すると共に、前記粒子ビーム（６ａ、６ｂ、６ｃ）の放射経路に位置する放射線ターゲット（３）を囲む身体組織（５）の組織特性を監視するように配置された画像化システム（２）と、を備え、
前記放射線治療システムは、放射線治療セッション中に、
前記画像化システム（２）から前記放射線ターゲット（３）の位置及び方向に関する情報と前記組織特性に関する情報を受信し、
前記組織特性に関する受信情報に基づいて、前記粒子ビーム（６ａ、６ｂ、６ｃ）に曝されてならない身体組織（５）を識別して、
前記放射線ターゲット（３）及び／又は前記放射線ターゲット（３）を囲む身体組織（５）の移動に応答し、前記粒子ビーム源（１ａ、１ｂ、１ｃ）の個々の位置及び調整、及び／又は前記粒子ビーム（６ａ、６ｂ、６ｃ）の個々の特性を、
（ｉ）前記粒子ビーム（６ａ、６ｂ、６ｃ）のブラッグピーク（Bragg peak）又は拡大ブラッグピーク（spread out Bragg peak：ＳＯＢＰ）を、前記放射線ターゲット（３）内の所定のビーム交差領域（８）で交差させ、
（ｉｉ）前記粒子ビーム（６ａ、６ｂ、６ｃ）の放射経路は、前記粒子ビーム（６ａ、６ｂ、６ｃ）に曝されないように、識別された前記身体組織を通って伝達されないように、前記粒子ビーム制御システム（７）を調整することを特徴とする、放射線治療システム。
【請求項２】
前記粒子ビーム（６ａ、６ｂ、６ｃ）の個々の特性は、粒子ビームエネルギー、粒子ビーム周波数、及び粒子ビーム減衰のうちの少なくとも１つを含むことを特徴とする、請求項１に記載の放射線治療システム。
【請求項３】
前記粒子ビーム制御システム（７）は、前記粒子ビーム（６ａ〜６ｃ）のうちの少なくとも１つのビーム経路内に配置された減衰器を動的に調整するように配置されていることを特徴とする、請求項２に記載の放射線治療システム。
【請求項４】
前記粒子ビーム源（１ａ、１ｂ、１ｃ）の空間内の位置及び調整は、前記粒子ビーム制御システム（７）によって制御されるアクチュエータによって個々に制御されることを特徴とする、請求項１乃至３のいずれか１項に記載の放射線治療システム。
【請求項５】
前記画像化システムは、Ｘ線コンピュータ断層撮像、画像化システム、磁気共鳴画像化システム、陽子コンピュータ断層画像化システム、及び陽電子放出断層撮像のうちのいずれか１つを含むことを特徴とする、請求項１乃至４のいずれか１項に記載の放射線治療システム。
【請求項６】
前記粒子ビーム制御システム（７）は、前記放射線治療セッション中に、前記ビーム交差領域（８）を前記放射線ターゲット（３）の所定の位置に固定するように配置されることを特徴とする、請求項１乃至５のいずれか１項に記載の放射線治療システム。
【請求項７】
前記粒子ビーム制御システム（７）は、前記放射線治療セッション中に、所定の経路に沿って放射線ターゲット（３）を横切ってビーム交差領域（８）を掃引するように配置されることを特徴とする、請求項１乃至５のいずれか１項に記載の放射線治療システム。
【請求項８】
前記粒子ビーム制御システム（７）は、前記放射線治療セッション中に、ビーム交差領域（８）を前記放射線ターゲット（３）内の所定の位置に段階的に再配置するように配置されることを特徴とする、請求項１乃至６のいずれか１項に記載の放射線治療システム。
【請求項９】
前記粒子ビームは、陽子ビームであることを特徴とする、請求項１乃至８のいずれか１項に記載の放射線治療システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、放射線療法に関し、より具体的には、組織の周辺（surrounding tissue）に与える損傷を最小限に抑えながら癌腫瘍中の細胞のＤＮＡを破壊する目的で放射線の効果を高める方法に関する。
【０００２】
特に、本発明は以下を備える放射線治療システムに関する。
放射線治療患者の体内に位置する３次元放射線ターゲット（three-dimensional radiation target）に粒子ビームを照射するように配置された複数の粒子ビーム源及び、空間内の位置（position）及び調整（alignment）を個々に制御することができる粒子ビーム源と、
放射線ターゲットの移動方向及び速度を含む３次元放射線ターゲットの空間内の位置及び方向（orientation）を監視すると共に、粒子ビームの放射経路に位置する放射線ターゲットの身体組織（body tissue）の周辺の組織特性を監視するように配置された画像化システム（imaging system）と、を備える。
【背景技術】
【０００３】
放射線療法を用いた癌治療では、放射線エネルギーが患者の身体の悪性細胞に蓄積されるように、電離放射線(ionizing radiation)を患者に照射する。十分な量のエネルギーが蓄積されると、ＤＮＡの破壊及びそれに続く照射細胞の死が生じる。
【０００４】
陽子や他の荷電粒子は、放射線療法に適した深部線量曲線（depth-dose curve）を示す。このような放射線は、いわゆるブラッグピーク（Bragg peak）（荷電粒子の軌道の最後の領域における堆積エネルギーの急激な増加）を生成し、ここで荷電粒子はその全エネルギーを失い、堆積線量はゼロに低下する。深さ方向にシフトされ重み付けされたブラッグピークを追加することによって、「拡大ブラッグピーク」（spread-out Bragg peak：ＳＯＢＰ）を発生させることができる。
【０００５】
特許文献１は、強度変調陽子治療（intensity-modulated proton therapy）用のシステムを開示しており、そこでは複数の陽子ビームが複数の方向及び角度から患者に与えられる。システムは、陽子ビームのエネルギー分布を制御、構成、又は選択することができ、またビームの位置及び／又は調整を動的に変更することもできる。
【０００６】
更に特許文献１は、対象ボリュームをサブボリュームに分割するステップと、とりわけ患者の動きに基づいてサブボリュームに線量制約を適用するステップと、陽子治療システム（proton therapy system）の１つ以上の実現可能な構成を見つけるステップと、陽子治療の1つ又は複数の側面を改善又は最適化する陽子ビーム構成を選択するステップと、を含む陽子治療計画を作成する方法を開示している。
【０００７】
しかしながら、特許文献１の陽子治療システム及び他の従来技術の放射線治療システムに関連する問題は、治療中の患者の動きが、システムが放射線量を放射線ターゲット内の意図された位置に正確に伝達することを困難にすることである。実際、たとえ患者が拘束されていても、患者の身体内の臓器の動きは依然として呼吸や不随意な筋肉活動から生じ、例えば、鼓動のような運動のように、従来技術の放射線療法システムが正確に放射線量を伝達することを困難にする。
【０００８】
したがって、従来技術のシステムを使用して治療計画を作成する時、線量制約は治療中の患者及び／又は臓器の動きに関連する不確実性を考慮に入れる必要がある。実際には、この不確実性は、システムのオペレータが、健康な組織の損傷を避けるために、より低い全体投与量を与えるようにシステムを設定するという結果になり得る。これは、逆に、不確実性が存在しなかった場合よりも効率の悪い治療法となる可能性がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】米国特許出願公開第２０１６／０１４４２０１号明細書
【特許文献２】米国特許第５，２０７，２２３号明細書
【特許文献３】国際公開第０２／１９９０８号公報
【特許文献４】ＰＣＴ／ＵＳ２００８／０５５０６９
【特許文献５】米国特許第９，１９９，０９３号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明の目的は、この問題を軽減し、治療中の患者及び／又は臓器の動きに関してより確実性をもたらす放射線療法システムを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明による放射線治療システムは、以下を備えることを特徴とする。
放射線治療システムは、放射線治療セッション中に、
画像化システムから放射線ターゲットの位置及び方向に関する情報と組織特性に関する情報を受信し、
前記組織特性に関する受信情報に基づいて、粒子ビームに曝されてならない身体組織を識別して、
放射線ターゲットの移動に応答し、粒子ビーム源の個々の位置及び調整、及び／又は粒子ビームの個々の特性を、
（ｉ）粒子ビームのブラッグピーク又は拡大ブラッグピーク（ＳＯＢＰ）を放射線ターゲット内の所定のビーム交差領域で交差させ、
（ｉｉ）粒子ビームの放射経路は、粒子ビームに曝されないと識別された前記身体組織を通って移動しないように、調整することを含む粒子ビーム制御システムを備えることを特徴とする。
【００１２】
したがって、本発明は、粒子ビームを放射するように位置された複数の粒子ビーム源を同時に、且つ協調的に動作させるために粒子ビーム制御システムを使用することに基づいている。粒子ビーム制御システムは、粒子ビーム源の位置及び調整、並びに粒子ビームの特性を決定及び制御して前記ビームを制御するように配置され、したがってそれらが交差して、それらのブラッグピーク（Bragg peaks）、又はそれらの拡大ブラッグピーク（ＳＯＢＰ：spread out Bragg peaks）が、放射線ターゲット内、例えば癌腫瘍内の所定のビーム交差領域内に存在するようになるので、同時に、粒子ビームに曝されないと識別された身体組織を通って粒子ビームが移動するのを防止する。
【００１３】
治療セッションの前に、放射線ターゲットの各部分又は領域に与えられるのに必要な照射線量、並びに異なる方向から放射線ターゲットに与えられるべき放射線量を記載した治療計画が確立される。治療計画は通常、放射線ターゲット及び周辺組織、例えば臓器、骨及び他の組織構造の詳細な視覚化に基づいて作成される。治療計画は通常、粒子ビームに曝されるべきではない身体組織及び／又は患者の身体内の領域も特定する。
【００１４】
治療セッション中に、各粒子ビーム源の位置及び調整は、放射線ターゲットの移動及び／又は周辺組織の移動に応じて調整され、各時点で各粒子ビームの放射経路又は軌道が見つけられ、対象とするビーム交差領域内のブラッグピーク、又は拡大ブラッグピーク（ＳＯＢＰ）を示す時、例えば治療計画に従って、粒子ビームに曝されてはならない患者の体内の敏感な領域又は構造（例えば 中枢神経系及び／又は末梢神経系の構造、眼、照射されていないことが確認された臓器など）及び／又は粒子ビームに望ましくない影響を与える可能性がある患者の体内の領域又は構造（例えば骨）を回避する。粒子ビーム源に対して適切な粒子ビーム軌道が見つからない場合は、粒子ビーム源を一時的に停止させることができる。
【００１５】
放射線ターゲットの移動及び／又は粒子ビーム源の再配置（repositioning）及び再調整（realignment）を促す周辺組織の移動は、典型的には、患者の移動によるものでも、患者の内臓の移動によるものでもよい。
【００１６】
放射線ターゲットが大きい場合、治療計画では、ビーム交差領域が放射線ターゲットを横切って掃引されることを要求される場合がある。その結果、各粒子ビーム源の位置及び調整は、そのような掃引動作を達成するために調整されることがある。そのような場合は、掃引動作を達成するための粒子ビーム源の再配置及び再調整は、放射線ターゲットの移動及び／又は周辺組織の移動を考慮に入れるための粒子ビーム源の再配置及び再調整と組み合わせることができる。
【００１７】
画像化システムは、意図されたターゲット及び粒子ビームの放射経路内に位置する意図されたターゲットの周辺組織をリアルタイム、又は概ねリアルタイムで表現するための基盤を提供できるように、Ｘ線コンピュータ断層撮像（Ｘ線ＣＴ）画像化システム、磁気共鳴画像（ＭＲＩ）システム、陽子コンピュータ断層撮像（ＰＣＴ）画像化システム、陽電子放出断層撮像（ＰＥＴ）システム、或いは画像化システムの任意の他のタイプ、又はそれらの組み合わせを備えても良い。
【００１８】
ターゲット及び周辺組織のリアルタイム、又は概ねリアルタイムの表現は、ターゲット及び周辺組織の静的表現と、動作の追跡を伴う運動パターンの知識に基づいて、表現をリアルタイムで調整及び更新することができる。動作のリアルタイム追跡は、例えば特許文献２及び特許文献３に開示されているように、超音波又は他の公知の手段を用いて達成することができる。
【００１９】
画像化システムによって提供される前記表現に基づいて、粒子ビーム源の位置及び調整並びに粒子ビームの変調は、放射線ターゲット及び周辺組織の動きを動的に補償するように調整され、この調整によって、粒子ビームのブラッグピーク又は拡大ブラッグピーク（ＳＯＢＰ）が、放射線ターゲットの内側の所定のビーム交差領域において交差して維持され、同時に、粒子ビームに曝されないと識別された身体組織を通過しない粒子ビームの放射経路を確立する。このようにして、より効率的な線量伝達（dose delivery）を達成することができ、したがって腫瘍内部の放射線治療の効果を改善し、同時に周囲の健康な組織に伝達される放射線量を減らすことができる。
【００２０】
粒子ビームを再配置及び制御する粒子ビーム制御システムの性能により、本発明によるシステムは、放射線ターゲット及び周辺組織の移動を補償すると同時に、ビームを腫瘍を横切って交差する領域を掃引することによって大きな腫瘍を治療するために使用できる。同じ性能を持つので、本発明によるシステムは、治療セッション中に複数の腫瘍を治療するためにも使用することができる。
【００２１】
本発明によるシステムは、電子的及びリアルタイムに完全な治療セッションを文書化するために、例えば１つ又は複数のターゲットの各部分における累積放射線量及び治療セッション中に使用されるシステム設定を文書化するために使用することができる。
【００２２】
本発明による放射線治療システムは、粒子ビームを生成してそれらを粒子ビーム源に供給するための１つ又は複数の粒子発生器（particle generators）又は加速器（accelerators）を備えることができ、各加速器は１つ又は複数の粒子ビーム又はビームレット（beamlets）を発生するように構成できる。代替的に、各ビーム源は、粒子ビーム又はビームレット自体を生成することが可能である。
【００２３】
したがって、「粒子ビーム源」という用語は、粒子が粒子ビーム源で生成されることを必ずしも意味しないが、粒子ビームが放射線ターゲットに到達する前に、粒子ビームが移動する線形経路の開始点を定義すると理解されるべきである。換言すると、粒子ビーム源は、空間及び調整において固有の位置を有するビーム出口又はノズルと見なすことができ、そこから粒子ビームは放射線ターゲットまで直線的に進むことができる。しかしながら、前述のように、各粒子ビーム源は同じ粒子発生器からの粒子によって供給されてもよい。
【００２４】
粒子ビームは、陽子ビームであっても良い。
【００２５】
以下では、「粒子ビーム」という用語は、特に明記しない限り、又は文脈から黙示的に理解されていない限り、同一の粒子源から出て同一のビーム経路を有する１つ又は複数の粒子ビーム又はビームレットを意味する。例えば、粒子ビームは、業界内で呼ばれる、「ペンシルビーム」タイプのものであってもよい。代替的に、粒子ビームの輪郭をリアルタイムで調整するための既存の新しい技術を適用することができる。この新しい技術は、画像誘導放射線療法（image-guided radiation therapy：ＩＧＲＴ）又は四次元放射線療法と呼ばれている。
【００２６】
粒子ビーム源ごとに、放射線治療システムは、ビーム源の位置及び調整を制御することができるアクチュエータを備えてもよい。
【００２７】
粒子ビームが陽子ビームである場合、粒子ビームの軌道は通常永久磁石又は電磁石によって操作され、そのようなアクチュエータシステムでは通常電力供給及び冷却に対する大きな要求がある。例えば、冷却にはエネルギー転送が要求され、又は超伝導のための条件を提供するために、アクチュエータシステムは高エネルギー入力で巨大且つ重い物体を扱うように設計されなければならないかもしれない。ビーム源の位置及び調整を制御するアクチュエータは、ビーム案内システムを機械的にシフトすることによってビーム源を制御する装置によって、又は磁場を電気的に調整することによってビーム案内システムを制御することによって構成することができる。ビーム操作のための２つの方法は組み合わせることができる。
【００２８】
各粒子ビーム源と組み合わせて、放射線治療システムはまた、粒子ビームの特性、例えばビーム断面積、ビームエネルギー及びビーム周波数を変調するように構成されているビーム変調装置を備えることができる。この場合、例えば、粒子ビームのうちの少なくとも１つのビーム経路内に位置された減衰器を調整し、例えば、ビーム経路又はその一部に１つ又は複数の減衰器を動的に挿入したり引き出したりすることによって変調が行われる。粒子ビームが粒子ビーム源を出た後に変調装置が粒子ビームと相互作用するように配置されていると有利である。しかしながら、変調装置は、ビームの発生後の任意の段階で粒子ビームと相互作用すればよい。
【００２９】
ビーム源の位置及び調整並びにビーム変調、すなわち粒子ビームの特性を個々に制御することによって、粒子ビーム制御システムは、ブラッグピーク又はＳＯＢＰがビーム交差領域に確実に収束するように制御する。
【００３０】
粒子ビーム制御システムは、個々の粒子ビームの開始及び停止、更に各粒子ビームがビーム交差領域を照射する時間の長さを制御するように構成されてもよい。
【００３１】
粒子ビーム制御システムは、ビーム交差領域によって占められる空間内のボリュームが比較的大きくなるように粒子ビームを制御することができる場合、ビーム交差領域は、少なくとも放射線ターゲットが小さい場合には、放射線ターゲット全体を包含することができる。代替的に、粒子ビーム制御システムは、ビーム交差領域によって占められるボリュームが小さくなるように粒子ビームを収束させるように配置されてもよく、その場合、供給される放射線はこの小さなボリュームに収束される。
【００３２】
放射線ターゲットがビーム交差領域によって占められるボリュームよりも大きい場合には、ビーム交差領域を放射線ターゲット上で掃引又は走査させて、所望の照射線量を放射線ターゲットの異なる部分に供給することができる。このような掃引又は走査は段階的又は連続的であってもよい。
【００３３】
ビーム交差領域を動的に制御するためには、各粒子ビーム源の位置及び調整を動的に制御しなければならない。そのような制御を提供する変数は、「ビーム位置決め変数」と呼ばれることがあり、粒子ビーム源ごとに５つの変数、例えばデカルト座標ｘ、ｙ、ｙによって表される粒子ビーム源の位置を定義する３つの変数、及び例えば直交するピッチ軸及びヨー軸（yaw axes）に関して測定される回転角によって表されるような粒子ビームのピッチ及びヨー（yaw）を定義する２つの変数を含むことができる。ビーム軸を中心とした粒子ビーム源の回転はブラッグピーク又はＳＯＢＰの位置に影響を及ぼさないから、第３の方向座標、即ち、ロールに関する情報は通常は必要ない。
【００３４】
粒子ビームの特性を動的に制御するために、粒子ビーム制御システムは、例えばビームエネルギー、ビーム周波数、及びビーム減衰などの変数を制御することができる。そのような制御を提供する変数は、「ビーム特性変数」と呼ばれることがある。これらの変数のうち、ビームの減衰は、粒子ビームの経路に減衰器を動的に挿入及び除去することによって制御できるので、動的制御に最も適したものである。
【００３５】
「ビーム位置決め変数」及び「ビーム特性変数」を調整する目的は、各粒子ビームのブラッグピーク又はＳＯＢＰの発生の正確な位置決めを確実にすることであり、これにより、各粒子ビームのブラッグピーク又はＳＯＢＰは所定のビーム交差領域において正確に生じる。すなわち、粒子ビームのブラッグピーク又はＳＯＰＢがビーム交差領域内で交差させられる。ビーム交差領域の範囲は一般に交差する粒子ビームの断面積とそれらのブラッグピークの軸方向範囲によって決定される。ブラッグピークが、堆積エネルギーが最大堆積エネルギーの８０％を超える領域として定義される場合、粒子ビームの個々の断面積と粒子ビーム間の角度に応じて、ビーム交差領域のボリュームは通常、５０〜１０００ｍｍ３の範囲内に設定することができる。
【００３６】
ビーム交差領域における個々の粒子ビームの位置は、通常、＋／−０．５ｍｍの精度内に設定されるべきであり、十分な動的特性を提供するために、粒子ビーム源の位置及び調整を制御するアクチュエータは、通常２０ｍｍ／ｓ以上の速度で動作し、４０ｍｍ／ｓ２以上の加速度で加速できるように設定する。アクチュエータは、電気モータ及び関連する制御システムを備えてもよい。
【００３７】
画像化システムは、速度データ、すなわちターゲットの位置及び姿勢の変化に関するデータと共に、ターゲットの空間内の位置及び方向、すなわち姿勢を連続的に監視するように配置される。更に画像化システムは、ターゲットを囲む組織、特に粒子ビームの経路内にある組織に関する情報を監視するようにも配置される。
【００３８】
このデータに基づいて、画像化システムは腫瘍と周囲の組織を動的にマッピングし、患者の身体の関連部分を表す数学的モデル（mathematical model）を構築することができる。様々な種類の組織（骨、肉、臓器、腫瘍など）がマッピングされ、様々な種類の組織が粒子ビームとどのように相互作用するかについての情報を用いて、粒子ビーム制御システムは、各粒子源の位置及び調整、及び粒子ビームの特性、すなわち、上述の「ビーム位置決め変数」及び「ビーム特性変数」を連続的に調整できるので、ビーム交差領域が意図した位置で固定される。粒子ビーム源の設定及びそれらの用途、すなわち照射活動（irradiation activity）及びその計算された効果は、同じ数学的モデルを用いて有利にマッピングすることができるので、実際のリアルタイム照射と身体の様々な部分での累積効果が、例えば各ｍｍ３（又は選択されたより大きな又は小さな単位毎）に記録される。
【００３９】
画像化システムによって監視された情報はビーム制御システムに転送される。ビーム制御システムは、その情報を処理し、ビーム交差位置にビームを収束させ維持するために、ビーム源位置（beam source positions）、ビーム源調整（beam source alignments）及びビーム変調の最適な組み合わせを動的に自動的に計算し実行する。ビーム交差領域が動いている時、例えばビーム交差領域がターゲット上を掃引することを意図している時、及び／又は、例えば呼吸運動のためにターゲットが動いている時にビーム交差領域がターゲットに追従する時に骨は粒子ビームに対して異なる通常は望ましくない影響を与えるので、ビームの軌道が肋骨などの骨を避けるために個々の粒子ビーム源を動的に移動させることが時には必要である。これは、２つではなく粒子ビーム源毎に５つの軸を動的に制御する必要があるもう１つの理由である。
【００４０】
「ビーム位置決め変数」及び「ビーム特性変数」を調整することは、例えば、参照により本明細書に組み入れられる特許文献４に記載されているように、ブラッグピーク又はＳＯＢＰの遠位位置がビーム交差領域で生じるように制御できるようにレンジシフタ（range shifter）を適用することを含んでもよい。
【００４１】
荷電粒子のビームのエネルギー損失は、ターゲット内のビーム交差領域に到達する前に通過する組織のカテゴリに応じて、ミリメートル当たりで測定されるように実質的に変化する。空気、肉体、様々な臓器、又は骨組織やこれらそれぞれの路程を通過するか否は、ビーム源からどの距離でブラッグピーク又はＳＯＰＢが発生するかに大きな影響を与える。
【００４２】
粒子ビーム中の粒子の関連タイプ及び他の関連ビーム特性を考慮に入れると、ターゲット及び周囲組織の数学的モデルは、組織のカテゴリ当たりのｍｍ当たりのエネルギー損失を示すデータを提供することができる。これに関して、例えば、参照により本明細書に組み入れられる特許文献５に記載されているように、３Ｄ線量追跡を適用することができる。
【００４３】
以下では、添付の図面を参照しながら、本発明をより詳細に説明する。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】３つの異なる粒子ビームのブラッグピークを示す図である。
【図２】本発明による放射線治療システムの一実施形態を開示する図である。
【図３】本発明による放射線治療システムの一実施形態を開示する図である。
【図４】本発明による放射線治療システムの一実施形態を開示する図である。
【発明を実施するための形態】
【００４５】
荷電粒子が物質中を移動すると、物質の原子をイオン化し、経路に沿って線量を堆積する。荷電粒子の速度が減少するにつれて、堆積エネルギーは増加する。陽子ビーム、α線、その他のイオン線の場合、粒子が静止する直前に堆積エネルギーがピークになり、その結果、電離放射線のエネルギー損失が物質を通って移動した距離の関数としてプロットされると、結果として得られる曲線は、堆積エネルギーがゼロになる直前に、いわゆるブラッグピーク（Bragg peak）のような顕著なピークを示す。
【００４６】
これは、３つの異なる粒子ビームからのブラッグピークを開示する図１に示されている。
【００４７】
図２及び図３は、本発明による放射線治療システムの一実施形態を開示している。放射線治療システムは、放射線治療患者４の体内に配置された三次元放射線ターゲット３に粒子ビーム６ａ〜６ｃを放射するように配置された複数の粒子ビーム源１ａ〜１ｃを備える。
【００４８】
放射線治療システムはまた、空間内の位置及び粒子ビーム源１ａ〜１ｃの調整、並びに各個々の粒子ビーム特性を個々に制御するように配置された粒子ビーム制御システム７を備えている。当該粒子ビーム制御システム７は粒子線６ａ〜６ｃのブラッグピーク又は拡大ブラッグピーク（ＳＯＢＰ）が、放射線治療セッション中に放射線ターゲット３の内側の所定のビーム交差領域８において交差されるように配置されている。
【００４９】
この制御は、例えばデカルト座標ｘ、ｙ、ｙによって表される各粒子ビーム源の位置を定義する３つの変数及び例えば直交ピッチ軸とヨー軸の周りで測定された回転角によって表されるように、ビーム源から発する粒子ビームのピッチとヨーを定義する２つの変数を制御することを備えても良い。ビーム源の再配置及び／又は再調整は、アクチュエータ、例えばステッピングモータ（図示せず）を用いて達成される。
【００５０】
この制御はまた、各粒子ビーム６ａ〜６ｃのエネルギー、周波数、及び減衰のうちの少なくとも１つを制御することを備える。例えば、制御は、ビーム源１ａ〜１ｃと患者４との間の粒子ビーム６ａ〜６ｃの経路内に１つ又は複数の減衰器（図示せず）を動的に挿入及び除去することを含んでもよい。ただし、ビーム源１ａ〜１ｃに共通の粒子発生器から粒子が供給される場合は、粒子ビームはまた、代替的に、個々のビーム源１ａ〜１ｃに到達する前に操作されてもよい。
【００５１】
放射線治療システムは更に、３次元放射線ターゲット３の空間内の位置及び方向を監視し、更に粒子ビーム６ａ〜６ｃの放射線経路内に位置する放射線ターゲット３を囲む身体組織５の組織特性を監視するように配置された画像化システム２を備える。監視されたデータに基づいて、画像化システムは、ターゲット３と周囲組織５と、を動的にマッピングし、患者の身体の関連部分、すなわち、ターゲット３とターゲット３と粒子ビーム源１ａ〜１ｃと、の間にある周囲組織を表す数学的モデルを構築するように配置される。このマッピングでは、様々な種類の周囲組織（骨、肉、臓器など）がマッピングされ、様々な種類の組織が粒子ビームとどのように相互作用するかに関する既知の情報、特に、様々な種類の組織がどの程度粒子ビームを減衰させるかに関する情報が数学的モデルの作成に用いられる。
【００５２】
動作中、画像化システム２は、ターゲット３及び周囲組織５の空間における位置及び方向を監視し、ターゲット３及び周囲組織５のマップ、並びに患者４の身体の関連部分を表す数学的モデルを継続的に更新する。更新されたマップ及び／又は更新された数学的モデルは、粒子ビーム制御システム７に転送される。
【００５３】
粒子ビーム制御システム７は、画像化システム２から受信した情報を処理し、この情報に基づいて、粒子ビーム源を再配置及び／又は再調整し、及び／又は粒子ビーム６ａ〜６ｃの特性を変更する制御信号を生成するので、ターゲット３の位置及び／又は姿勢の変化を考慮して、粒子ビーム６ａ〜６ｃのブラッグピーク又は拡大ブラッグピーク（ＳＯＢＰ）が対象とするビーム交差領域８内に維持される。
【００５４】
これは、図３及び図４に示されており、例えば、患者又は患者の内臓が動くことに起因する、ターゲット３の空間における位置及び／又は方向の変化が、粒子ビーム制御システム７にビーム源１ａ〜１ｃの位置を変えて再調整するように促す。ターゲットの空間における位置及び／又は方向の変化が小さい場合、ビーム源１ａ〜１ｃは必ずしも再配置(repositioned)される必要はなく、単に再調整（realigned）されるだけでよい。そのような状況は図４に示されている。
【００５５】
画像化システム２から受信した情報から、粒子ビーム制御システム７は、治療計画によって粒子ビーム６ａ〜６ｃに曝されるべきではない身体組織も識別する。ビーム源１ａ〜１ｃを再配置及び再調整をする時、粒子ビーム制御システム７は、身体組織が粒子ビーム６ａ〜ｃに曝されないようにする。
【００５６】
ビーム源１ａ〜１ｃの再配置及び再調整は、必ずしも放射線ターゲットの移動によって引き起こされるのではなく、身体組織が粒子ビーム１ａ〜１ｃに曝されずに粒子ビーム６ａ〜６ｃの放射経路内にもたらされるようにする動きによって引き起こされることもある。例えば、空間内の本質的に同じ場所に放射線ターゲットを残す患者の身体の回転は、回転によって身体組織が粒子ビーム６ａ〜６ｃの放射経路内に照射されないようになる場合、１つ又は複数のビーム源１ａ〜１ｃを再配置及び／又は再調整することを必要とする。
【００５７】
粒子ビーム制御システム７が粒子ビーム源１ａ〜１ｃに対する「安全な」放射経路、すなわち身体組織が粒子ビームに曝されないように回避する放射経路を見つけることができない場合、そのような放射経路が見つかるまで、例えばそのような放射線経路が再び利用可能になるように、放射線ターゲット及び周囲の組織が移動するまで、粒子ビーム源は停止されなければならない。
【００５８】
対象とするビーム交差領域８は、図２及び図３に開示されているように、ターゲット３内の所与の位置に固定されてもよい。代替的に、ビーム交差領域８は、連続的に又は段階的にターゲット３上を掃引するように配置されてもよい。その場合、ビーム源１ａ〜１ｃを再配置及び／又は再調整する時、ビーム制御システム７はビーム交差領域の新たな位置も考慮に入れなければならない。この場合、ターゲットの空間における位置及び／又は方向の変化、並びに粒子ビーム６ａ〜６ｃの経路にある組織の組成の変化を補償することも考慮しなければならない。
【００５９】
前述の説明では、本発明による装置の様々な態様を例示の実施形態を参照して説明した。説明の目的のために、装置及びその機能の完全な理解を提供するために、特定の数、システム及び構成が述べられた。しかしながら、この説明は限定的な意味で解釈されることを意図していない。開示された主題が関係する当業者には明らかである、例示的な実施形態の様々な修正形態及び変形形態、並びに装置の他の実施形態は、添付の特許請求の範囲によって定義される本発明の範囲内にあると見なされる。
【図１】
2019526430.tif 000003
【図２】
2019526430.tif 000004
【図３】
2019526430.tif 000005
【図４】
2019526430.tif 000006
【国際調査報告】
2019526430.tif 000007
2019526430.tif 000008
2019526430.tif 000009
2019526430.tif 000010
2019526430.tif 000011
2019526430.tif 000012